自助式學(xué)籍注冊及身份識別系統(tǒng)開發(fā)

摘要：作者針對目前高校學(xué)籍注冊采用人工處理方式帶來的勞動強度大、數(shù)據(jù)不精確、耗時長等問題，設(shè)計了一種自助式學(xué)籍注冊及身份識別系統(tǒng)，并運用于實例。該系統(tǒng)讓學(xué)生自己在機器上進行學(xué)籍注冊、學(xué)生證蓋章等操作，并通過指紋識別、圖像采集的方式驗證學(xué)生實際在校與否，在減輕管理人員工作壓力的同時實現(xiàn)了學(xué)籍管理的智能化、精準化，提高了高校教務(wù)與學(xué)籍管理的水平和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：學(xué)籍注冊；身份識別；指紋識別；自助服務(wù)

中圖分類號：G473 文獻標識碼：B 論文編號：1674-2117（2018）18-0070-04

● 引言

學(xué)籍管理一直是高校學(xué)生管理的重要工作，事關(guān)每個學(xué)生的切身利益和高校的社會形象。由于高等教育管理的對象都是大學(xué)生，他們已具有獨立的人生觀、價值觀和行為方式，加之高校教育的靈活性，高校很難采用像中學(xué)教育一樣的集中管理模式，大部分采用以學(xué)生自主管理為主的松散式的學(xué)籍管理制度。[1]而其中學(xué)籍注冊是學(xué)生管理的基本手段，也是高校進行學(xué)生管理的硬性要求。目前大多數(shù)高校學(xué)籍注冊還是采取人工的方式，即每學(xué)期以班級為單位上交學(xué)生證件，統(tǒng)一蓋章后再下發(fā)。注冊的流程簡單且易實現(xiàn)，但存在如下問題：①隨著高校在校生規(guī)模的擴大，以人工的手段進行學(xué)籍注冊往往耗時較長，而學(xué)生證屬于證明學(xué)生身份的法定文件，不在身邊往往會帶來很多麻煩，且存在遺失風(fēng)險。②以上交證件作為學(xué)生在校的依據(jù)力度不足，容易產(chǎn)生制度隱患，學(xué)校往往也無法獲取準確的在校人數(shù)。因此，設(shè)計一個既能減輕注冊工作人員壓力，又能準確反映實際在校人數(shù)的學(xué)籍注冊及身份采集系統(tǒng)有著重要的意義。

● 總體設(shè)計原則

1.自助式

減輕人工處理的策略無非有兩類：一是自動化處理，二是任務(wù)分解。自助式服務(wù)較好地融合了此兩類策略，一方面采用自動化手段滿足服務(wù)需求，另一方面讓每個人參與服務(wù)過程，分解服務(wù)任務(wù)。[2-3]學(xué)生通過自助式學(xué)籍注冊系統(tǒng)完成學(xué)籍注冊和學(xué)生證注冊蓋章，既方便了自己，也減輕了管理人員的工作壓力，提高了服務(wù)質(zhì)量。

2.精確性

傳統(tǒng)的學(xué)籍注冊手段無法準確判斷學(xué)生實際在校與否，注冊過程也流于形式，只是“為注冊而注冊”。自助式學(xué)籍注冊系統(tǒng)設(shè)計了身份采集和判斷模塊，通過對學(xué)生指紋的采集和判斷，較好地解決了“證到人不到”的現(xiàn)象，同時，采集的指紋信息可以為學(xué)生宿舍管理、學(xué)生身份識別等其他管理工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.易用性

學(xué)籍注冊往往集中在學(xué)期初始的一段時間內(nèi)進行，有爆發(fā)性和集中性的特點，加之自助式服務(wù)實行7×24服務(wù)，對系統(tǒng)的易用性提出了很高的要求。具有要求包括：①簡便性。注冊操作應(yīng)充分考慮用戶習(xí)慣，在確保信息錄入完整的前提下盡量簡化注冊流程，確保注冊工作快速準確完成。②健壯性。自助式系統(tǒng)長時間處于無人工管理的狀態(tài)，要求具有較高的健壯性，系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面進行可靠性設(shè)計，盡量避免非正常情況下的輸入，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

● 流程設(shè)計

合理的注冊流程是系統(tǒng)得以流暢運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵，流程采取單向式設(shè)計，學(xué)生完整操作完一個步驟后才可以進入下一步驟，一方面保持業(yè)務(wù)簡潔，防止復(fù)雜邏輯錯誤，另一方面保證信息完整和可靠，防止斷電等極端情況下的數(shù)據(jù)丟失。整個業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

注冊整體流程分為四步：第一步為學(xué)生持校園卡刷卡登錄學(xué)籍注冊系統(tǒng)，登錄成功后實時開啟攝像頭進行實時信息采集，確保整個注冊過程信息情景回溯再現(xiàn)。第二步是身份證識別，系統(tǒng)通過讀取身份證信息，與學(xué)籍數(shù)據(jù)庫中身份證信息進行對比判斷是不是在校生，如為否則中止注冊操作。第三步為指紋判斷，學(xué)生根據(jù)提示將指定的手指放置在指紋儀上，系統(tǒng)對采集到的指紋信息進行比對，如果是初次注冊則進行指紋采集，非初次采集則與系統(tǒng)存儲的指紋進行比對，判斷是否為本人操作。第四步為放置學(xué)生證并蓋章，學(xué)生根據(jù)屏幕提示將學(xué)生證按照要求放置在指定位置，系統(tǒng)根據(jù)操作人的年級信息調(diào)用相應(yīng)的打印模板完成注冊章的打印。打印完畢后攝像關(guān)閉存儲，自動退出注冊系統(tǒng)完成注冊。

● 關(guān)鍵技術(shù)

1.非接觸IC卡閱讀技術(shù)

身份證識別采用非接觸式IC卡閱讀技術(shù)，其工作原理為將電容器CR與閱讀器的天線線圈并聯(lián)，形成諧振頻率與閱讀器發(fā)射頻率相符的并聯(lián)振蕩回路，產(chǎn)生供遠距離應(yīng)答器工作所需要的場強（如圖2）?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍（一般為5cm左右）靠近讀寫器表面，通過無線電波的傳遞來完成數(shù)據(jù)的讀寫操作。[4]二代居民身份證采用TYPEB非接觸式IC卡，該卡型遵循ISO/IEC14443國際標準，采用異步、NRZ編碼，通過用10% ASK傳送，與一代TYPEA卡型相比具有更高的安全性，通信速率更高，抗干擾能力強。結(jié)合非接觸的閱讀方式，具有以下優(yōu)點：①穩(wěn)定性強。防止插卡、卡損壞而導(dǎo)致的各種故障。②自動分辨。防止卡片之間的干擾，可以同時讀取多張卡片。③速率快。理論在10cm范圍內(nèi)即可讀卡，響應(yīng)時間在1秒以內(nèi)，可以應(yīng)付大規(guī)模長時間的讀卡操作。

2.指紋采集與判別技術(shù)

指紋由遺傳和環(huán)境因素共同決定，與每個人的身體密切相關(guān)，重復(fù)率極低，且終生不變，易于采集，因此指紋可以視為人體的身份證。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋識別的運用已經(jīng)非常普遍，目前比較成熟的指紋識別技術(shù)有光學(xué)、電容和超聲波三類。[5-6]三者各有特點，主要指標對比見下頁表1。綜合各項指標對比，本系統(tǒng)采用電容式指紋采集和識別方案，傳感器上電容極板與手指皮膚接觸后，通過極板與指紋之間的距離不同，產(chǎn)生不同的電容值，再以標準電流放電，這樣突起部分因為電容量高，則放電慢，凹進部分電容量低，則放電快，不同的放電率轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，形成完整的指紋。

指紋判別是影響注冊過程速率和成功率的關(guān)鍵，目前成熟的指紋判別技術(shù)是基于細節(jié)特征點的識別技術(shù)，本系統(tǒng)采用的是美國聯(lián)邦調(diào)查局（FBI）提出的細節(jié)點坐標模型，將指紋判別轉(zhuǎn)為點模式匹配，具體的過程為：①提取特征點。以3×3窗口提取每根指紋線的端點和分叉點。②細節(jié)點生成。將提取的特征點存儲為細節(jié)點。③節(jié)點判別。通過采集的指紋細節(jié)點與存儲的細節(jié)點進行圖像匹配，判別指紋。一般一個清晰的指紋可以提取的細節(jié)點有40至100個，匹配范圍設(shè)定為65%，即兩個點集有65%特征點一致則視為匹配成功。

3.實時監(jiān)控技術(shù)

自助服務(wù)終端受軟件、網(wǎng)絡(luò)、線路等影響可能出現(xiàn)服務(wù)響應(yīng)不及時等情況，而自助服務(wù)始終處于無人值守狀態(tài)，因此需要設(shè)計一個穩(wěn)定有效的實時監(jiān)控機制來捕捉每一臺自助終端機器的狀態(tài)，從而建立快速便捷的服務(wù)反饋機制。[7-8]本系統(tǒng)結(jié)合校園網(wǎng)絡(luò)，采用分布式管理方式，若干終端通過校園網(wǎng)與主服務(wù)器聯(lián)通，通過主動和被動兩種方式對終端機器的狀態(tài)進行捕捉，并設(shè)定信息反饋的時間閾值，調(diào)用告警平臺對超過閾值仍無響應(yīng)的終端機器進行報警，報警的方式有短信和電子郵件兩種。同時，系統(tǒng)預(yù)留了用戶反饋功能，一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異?；蝈e誤，學(xué)生可以主動反饋相關(guān)信息，使后臺管理員能第一時間收到信息并進行處理。

● 應(yīng)用實例

南京林業(yè)大學(xué)于2014年12月開始設(shè)計開發(fā)“在校生學(xué)籍注冊自助系統(tǒng)”，系統(tǒng)于2015年4月正式上線，系統(tǒng)配置如表2。

考慮到自助服務(wù)的穩(wěn)定性和體積要求，主機選擇一體化工業(yè)平板電腦，無風(fēng)扇靜音，支持24小時不間斷運行，觸摸屏采用22英寸大屏電容屏，透光率>78%，觸摸次數(shù)>3500萬次，工作溫度為零下10攝氏度至60攝氏度，能夠適應(yīng)嚴苛的外部環(huán)境。整個終端置于一體化的不銹鋼機柜中，僅留有身份證識別、學(xué)生證打印及電源等必要的槽口，最大限度地對機器進行保護。軟件開發(fā)工具采用Microsoft visual studio 2010，打印模板由Microsoft office二次開發(fā)技術(shù)設(shè)計生成，管理員可以隨時進行調(diào)整。

系統(tǒng)采用向?qū)浇缑妫瑢W(xué)生依據(jù)屏幕提示依次點擊相應(yīng)的功能項，按照次序完成整個注冊過程，功能順序不可回溯，必須完成所有注冊步驟后才可以進行學(xué)生證注冊打印。且每位學(xué)生只有一次證件注冊打印機會，不可重復(fù)打印。經(jīng)實際運行，新生注冊（指紋采集）從登錄到證件打印完成，人均耗時25s，老生注冊（指紋識別）人均耗時50s，實際在兩臺機器同時運行的情況下，2015級部分新生（2013名）的學(xué)籍注冊耗時兩周，三周內(nèi)完成2014級2228名老生（部分）注冊，老生指紋識別失敗15人，誤判率低于0.8%。耗時過長主要是由于機器數(shù)遠遠不能滿足需要，大多數(shù)學(xué)生時間消耗在排隊等候中。

● 存在的問題及展望

自助式學(xué)籍注冊和身份識別系統(tǒng)讓學(xué)籍管理更加智能，帶來了更高的效率和準確性，但目前還存在以下問題：①成本高，難以大規(guī)模推廣。由于系統(tǒng)集成了PC機、身份證識別器、指紋識別、針式打印機及攝像頭等眾多設(shè)備及定制機柜，使得整機價格難以下調(diào)，有礙于大規(guī)模推廣。②使用周期短，目前系統(tǒng)實現(xiàn)的是學(xué)籍注冊功能，一般來說只在學(xué)期初開展工作，其他時間處于閑置狀態(tài)，造成一定的資源浪費和增加管理成本。針對以上問題，可從以下三個方面進行改進：①結(jié)合單片機控制技術(shù)，將整體技術(shù)遷移至單片機上進行硬件開發(fā)，降低機柜體積，減少成本。②結(jié)合已有的教務(wù)自助打印系統(tǒng)，將學(xué)籍注冊的功能遷移到教務(wù)自助打印系統(tǒng)中，實現(xiàn)一機多用，節(jié)約資源和成本。③調(diào)整政策，如實行放寬學(xué)籍注冊時限、新生進校即采集指紋等策略，緩解注冊壓力，加快注冊過程。

參考文獻：

[1]代顯華，胡屹.高校教務(wù)管理信息化的實踐與思考[J].成都大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，25（2）：131-135.

[2]章曉仁，陳向東，丁玲.面向用戶的自助服務(wù)產(chǎn)品創(chuàng)新研究：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的引入[J].軟科學(xué)，2012（12）：10-13+17.

[3]Dabholkar P.Technology-based Service Delivery： A Classification Scheme for Developing Marketing Strategies[M].Greenwic，CT：JAI Press，1994：241-271.

[4]李超.2.45GHz RFID標簽天線及閱讀器天線設(shè)計與研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2011.

[5]胡靜，汪國有.指紋圖像傳感技術(shù)綜述[J].信息與開發(fā)，2001（4）：5-8.

[6]徐寶林.基于ADO.NET的應(yīng)用程序訪問后臺數(shù)據(jù)的模塊劃分研究[J].計算機應(yīng)用與軟件，2011（7）：212-215.

[7]許子乾，余蜀宜，王麗鋆，等.基于一卡通及水晶報表的高校成績自助打印系統(tǒng)研究[J].中國教育信息化，2014（9）：84-87.

[8]張寧，劉正捷，沈智鵬，等.自助技術(shù)使用影響因素的實證分析及模型構(gòu)建——基于公共場所金融自助服務(wù)技術(shù)的研究[J].計算機工程與應(yīng)用，2009，45（4）：211-214+238.